Lịch sử Quang học - Phần 5

1800 – 1833

Trong cao trào cách mạng Pháp và Mĩ, ngành quang học đã trải qua cuộc cách mạng của riêng nó vào đầu thế kỉ thứ 19. Một thế kỉ sau sự xuất bản cuốn Opticks, bác sĩ và nhà vật lí người Anh Thomas Young đã thách thức lí thuyết hạt ánh sáng của Isaac Newton. Năm 1801, Young đã tiến hành một thí nghiệm xác lập nguyên lí giao thoa ánh sáng, cái không thể giải thích bằng một lí thuyết hạt của ánh sáng. Thí nghiệm của ông cho ánh sáng đi qua hai cái khe nhỏ đặt gần nhau, rọi lên trên một màn ảnh, nơi ông quan sát các chùm tia bị trải ra, hoặc bị nhiễu xạ, và chồng lên nhau. Trong vùng các chùm sáng chồng lên nhau xuất hiện những dải sáng xen kẽ với những dải tối.

E.L. Malus phát hiện ra sự khúc xạ kép (1808)

Hiện tượng này gọi là sự giao thoa và Young đã so sánh nó với sóng nước, trong đó các đỉnh sóng gặp nhau và kết hợp thành con sóng lớn hơn, hay các đỉnh sóng và hõm sóng gặp nhau và triệu tiêu nhau. Năm 1817, ông kết luận rằng ánh sáng truyền đi dưới dạng sóng ngang, chứ không phải sóng dọc như ban đầu ông đề xuất. Mặc dù lí thuyết của Young được chào đón với rất nhiều sự hoài nghi ở nước Anh, nhưng hai nhà vật lí người Pháp, Augustin-Jean Fresnel và François Arago, đã xác nhận lí thuyết sóng của ông qua những thí nghiệm của riêng họ và sự phân tích toán học chi tiết của Fresnel.

Một khám phá bất ngờ vào năm 1808 còn cung cấp thêm bằng chứng cho lí thuyết sóng. Étienne-Louis Malus, một kĩ sư người Pháp, trong nhà riêng của ông ở Paris, đang chơi đùa với một miếng băng Iceland, một tinh thể nổi tiếng vì sự khúc xạ kép của nó; bất kì cái gì nhìn qua nó đều xuất hiện dưới dạng hai ảnh. Malus đang quan sát qua tinh thể ấy ảnh của mặt trời phản xạ từ một cửa sổ bên kia đường. Lạ thay, tinh thể ấy trình hiện chỉ một ảnh, chứ không phải hai ảnh như Malus muốn thấy. Khi ánh sáng phản xạ khỏi một bề mặt, hình như một phần ánh sáng đã bị lọc, hay bị phân cực. Hóa ra lí thuyết cho rằng ánh sáng là sóng ngang giải thích hiện tượng này tốt hơn bất kì lí thuyết nào khác.

Một khám phá bất ngờ nữa gợi ý một mối liên hệ giữa điện và từ, và có sự tác động lớn đối với lí thuyết ánh sáng vài thập niên sau đó. Năm 1820, Hans Christian Ørsted để ý thấy một dây dẫn mang dòng điện làm cho một kim nam châm từ hóa ở gần đó chuyển động, sắp nó vuông góc với dây dẫn mang dòng điện. (Mặc dù ông được sử sách ghi nhận với việc khám phá ra mối liên hệ này, nhưng một người Italy tên là Gian Domenico Romagnosi đã thực hiện khám phá ấy vào năm 1802, nhưng chẳng được một ai để ý đến khi ông công bố những kết quả của mình) Năm 1831, Michael Faraday quan sát thấy hiệu ứng ngược lại, một nam châm chuyển động qua một cuộn dây dẫn làm sinh ra một dòng điện.

Phổ màu sắc của Newton trải qua cuộc cách mạng của riêng nó vào đầu thế kỉ 19. Năm 1802, William Hyde Wollaston phát hiện ra bảy dải tối làm gián đoạn cái được cho là một vùng màu liên tục trong quang phổ của mặt trời. Mười năm sau đó, Joseph von Fraunhofer đã tìm thấy và đo được vị trí của hơn 300 vạch tối trong quang phổ mặt trời, thiết lập cơ sở cho một lĩnh vực nghiên cứu mới: quang phổ học.

Hộp buồng tối (khoảng đầu những năm 1800)

Cũng khoảng thời gian trên, William Herschel và Johann W. Ritter phát hiện thấy có những vùng quang phổ không thể nhìn thấy đối với mắt người. Năm 1800, Herschel đang nghiên cứu mối liên hệ giữa ánh sáng và nhiệt. Sử dụng một lăng kính và nhiệt kế có các bóng đèn tô đen (để hấp thụ nhiệt tốt hơn), ông đã đo nhiệt độ của từng màu của quang phổ mặt trời. Sẵn tiện, ông đã đo nhiệt độ ngay bên ngoài quang phổ nhìn thấy và, trước sự bất ngờ của ông, nhận thấy một vùng nằm ngoài đầu đỏ của quang phổ có nhiệt độ cao nhất. Ông đã phát hiện ra một vùng quang phổ có thể đo và cảm nhận, nhưng không nhìn thấy: vùng hồng ngoại.

Một năm sau, Ritter phát hiện đầu kia của quang phổ mặt trời vượt ra ngoài vùng nhìn thấy. Ông quan sát thấy bạc chloride bị đen đi khi phơi ra trước ánh sáng mặt trời nhìn thấy, nhưng bị đen còn nhiều hơn nữa khi phơi ra trước bức xạ không nhìn thấy nằm ngoài đầu tím của quang phổ: vùng tử ngoại.

1800 – 1833

http://fsu.edu - Trần Nghiêm dịch

Phần trước | Phần tiếp theo